CN102967373A - 变电站三维红外测温监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变电站三维红外测温监测方法及系统，所述监测系统包括局方设备数据中心，站方设备数据中心，红外热像仪、高精度云台以及可见光摄像机，所述局方设备数据中心通过网络与站方设备数据中心相连，站方设备数据中心通过网线接口经交换机与红外热像仪相接，站方设备数据中心通过通讯接口与高精度云台相连接，站方设备数据中心通过同轴电缆与可见光摄像机连接。监测方法是将红外热像仪所得到的红外照片二维平面数据转化为三维空间数据，通过3D建模生成三维变电站虚拟场景，对每个设备模型做相应体表温度着色渲染。本发明把红外热像仪测温与变电站3D建模相结合，不但可以360度全方位实时显示设备的温度状况，提高监测的准确性和有效性。

Description

变电站三维红外测温监测方法及系统

技术领域

本发明属于一种电力设备监测方法及系统，特别是一种变电站三维红外测温监测方法及系统。

背景技术

在电力系统中,温度检测作为最常用的带电检测手段之一已经广泛应用于电力设备状态检修工作中。随着变电设备在线监测技术的推广，红外温度在线监测将广泛应用于电力设备状态检修。

红外成像是唯一一种可以将热信息瞬间可视化，并加以验证的诊断技术。红外热像仪将物体表面不为人眼所见的红外辐射转化为可见的红外图像，它通过非接触式温度测量揭示热故障并加以量化。

目前，红外热成像技术已广泛应用于电力系统的各个环节，其在变电环节的应用尤其普遍。应用于变电站温度监测的红外热像仪主要可分为手持式红外热像仪、固定式红外热像仪和云台式红外热像仪。

所述三种红外热像仪能不同程度的监测变电站设备的温度状况，但均存在一定的弊端：手持式红外热像仪只能用于巡检，不能实时地进行监测，且需要人工操作；固定式红外热像仪的监测范围均有限；云台式红外热像仪借助云台旋转功能，可以监测和覆盖更大的范围，但同固定式红外热像仪一样，它们生成的红外温度分析图片均是二维的、不够形象和直观，设备温度监测区域也是分散的，没有整体性，这样使检修人员很难整体性掌握设备温度状况。

因此，有必要提供一种变电站三维红外测温监测方法及系统来克服现有的技术缺陷，实现变电站室外设备全方位实时温度监测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对一个实际的变电站进行三维建模，并在三维红外变电站虚拟场景中实时显示红外热像仪采集的温度信息，同时，实现变电站高温报警、历史温度数据查询与统计、报表展示等功能的变电站三维红外测温监测方法及系统，。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种变电站三维红外测温监测系统，包括局方设备数据中心，站方设备数据中心，红外热像仪、高精度云台以及可见光摄像机，其特点是：所述局方设备数据中心通过网络与站方设备数据中心相连，站方设备数据中心通过网线接口经交换机与红外热像仪相接，站方设备数据中心通过通讯接口与高精度云台相连接，站方设备数据中心通过同轴电缆与可见光摄像机连接。

所述高精度云台包括水平电机，垂直电机，主板，电源板，电机驱动板以及拨码板，所述主板通过所述电机驱动板分别与水平电机和垂直电机相连，所述拨码板与所述主板相接，所述电源板给主板供电，所述主板通过通讯接口与所述站方设备数据中心相连接。

所述红外热像仪包括光学系统、红外探测器、FPGA处理电路、DSP处理电路、存储电路以及外部通信接口电路，所述红外探测器输入端接收所述光学系统的信号，所述红外探测器输出端通过所述DSP处理电路和所述存储电路与所述外部通信接口电路相连接，所述红外探测器上还连接有所述FPGA处理电路，所述外部通信接口电路经交换机和网线接口与站方设备数据中心相连接。

还包括一个护罩，所述护罩通过所述电机驱动板与所述主板相连接，所述可见光摄像仪和所述红外热像仪封装在所述护罩中。

本发明还提供一种所述变电站三维红外测温监测系统的监测方法，所述监测方法是：

所述红外热像仪将变电设备发出的红外辐射转换成带温度信息的红外数据信号，通过网线接口将数据发送至站方设备数据中心；所述主板通过电机驱动板控制水平电机与垂直电机的运动，通过拨码板中拨码开关设置高精度云台的地址码和高精度云台通讯协议和通讯波特率；所述护罩的位置受所述高精度云台控制，用于辅助红外热像仪识别被监测设备的位置；

所述变电站红外测温三维监控方法具体为：

第一步骤：将红外热像仪所得到的红外照片进行预处理：对照片进行分类、重命名规范以及格式转换；

第二步骤：将预处理后的红外照片放入数据队列中进行计算，改进图片质量、进行边缘提取、将二维平面数据转化为三维空间数据；

第三步骤：通过3D建模生成三维变电站虚拟场景，将所述三维空间数据进行实时的三维还原，对每个设备模型做相应体表温度着色渲染，并记录体表温度，当发现部件局部温度过高时发出警报；

第四步骤：将所述三维空间数据的结果生成设备查询、历史查询、记录查询以及报表生成存储在数据库中。

本发明把红外热像仪测温与变电站3D建模相结合，并将红外热像仪采集到的设备表面实时温度值与三维模型表面颜色关联，不但可以360度全方位实时显示设备的温度状况，还可进行精确定位，真正实现变电设备全方位实时立体温度在线监测，提高监测的准确性和有效性。本发明根据实际的变电站结构确定覆盖整个变电站所需的红外监测终端数目和安放的位置。为减少红外监测终端数目采用带云台红外监测终端。红外热像仪与可见光摄像机安装在同一个云台上，既可以保证两个摄像头监视的是同一个设备位置，也解决了红外热像难以识别设备安装位置的问题，便于及时判断设备的具体过热点，为准确判断并采取相应措施争取了宝贵的时间。

附图说明

图1为本发明的系统框图。

图2为本发明红外热像仪的结构框图。

图3为本发明高精度云台的结构框图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，本发明提供的变电站三维红外测温监测系统，包括：局方设备数据中心，站方设备数据中心，红外热像仪、高精度云台、可见光摄像机以及变电站红外测温三维监控系统软件平台。局方设备数据中心通过网络与站方设备数据中心实现连接，站方设备数据中心通过RJ45网线接口经由交换机与多台红外热像仪实现连接，站方设备数据中心通过RS485经由有源485转换器与多台高精度云台实现连接，站方设备数据中心通过同轴电缆经由多路视频采集卡与多台可见光摄像机实现连接。红外热像仪与可见光摄像仪封装在同一高精度云台上的护罩内组成红外监测终端。与系统配套的变电站红外测温三维监控系统监测软件安装在局方设备数据中心和站方设备数据中心的主机上。

如图2所示，上述红外热像仪包括：光学系统，红外探测器，FPGA处理电路，DSP处理电路，存储电路，外部通信接口电路。变电设备发出的红外辐射经光学系统聚焦到红外探测器上，将光信号转换成电信号。FPGA处理电路产生红外探测器所需的各种控制和伺服信号，驱动红外探测器将电信号转换成数字图像信号存入数据缓冲区，DSP处理电路将缓冲区内图像信号读出并通过相关运算处理形成红外数据信号，存入存储电路，由外部通信接口电路发送至站方设备数据中心。

如图3所示，上述高精度云台包括：水平电机，垂直电机，主板，电源板，电机驱动板，拨码板，护罩。主板通过电机驱动板控制水平电机与垂直电机的运动，通过拨码板中拨码开关设置云台的地址码和云台通讯协议和通讯波特率。

上述可见光摄像仪包括：一台高精度可见光摄像仪。可见光摄像仪与红外热像仪封装在同一个护罩中，护罩的位置受如上所述的高精度云台控制。

本发明的变电站三维红外测温监测方法包括：

(1) 将红外热像仪所得到的红外照片进行预处理：对照片进行分类，重命名规范，格式转换等工作。

(2)将处理过的红外照片放入数据队列中进行计算，改进图片质量、进行边缘提取、将二维平面数据转化为三维空间数据。

(3)通过3D建模生成三维变电站虚拟场景，将数据服务系统产生的数据进行实时的三维还原，对每个设备模型做相应体表温度着色渲染，并记录体表温度，当发现部件局部温度过高时发出警报，并可将镜头快速定位到关键设备附近并实时显示设备的三维红外图像及其体表温度。

(4) 将所述三维空间数据的结果生成设备查询，历史查询，记录查询，报表生成等。

所述红外热像仪的工作流程如下：

(1)站方设备数据中心通过外部通信接口电路为每台红外热像仪分配相应的IP地址，外部通信接口电路通过基于客户机/服务器模式的TCP/IP协议与站方设备数据中心进行通信，传递数据。

(2)当客户端红外热像仪与站方设备数据中心建立网络连接后，变电站主设备的红外辐射经光学系统聚焦到红外探测器的光敏面上，红外探测器里的红外光电转换阵列将光信号转换成电信号。

(3) FPGA处理电路产生红外探测器所需的各种控制和伺服信号，驱动红外探测器将电信号转换成数字图像信号存入数据缓冲区。

(4)DSP处理电路将缓冲区内数据做相关运算处理生成红外数据信号，存入到存储电路中，再由外部通信接口电路经网络交换机发送至站方设备数据中心。

云台的工作流程如下：

(1)通过拨码板中拨码开关设置云台的地址码和云台通讯协议和通讯波特率后，主板接收并比对由站方设备数据中心发送的设备地址，若与自身设备地址码相等，则执行相应命令；若不相等，则不进行操作。

(2)主板接收到控制指令后，若为云台基本指令，则通过电机驱动板控制水平电机与垂直电机运动到指定位置；若为镜头基本指令，则通过电机驱动板控制护罩上的可加光镜头实现可见光摄像头的调焦功能。

(3)站方设备数据中心可通过电源板实现对红外热像仪以及可见光摄像机的电源控制。

(4)主板接收下一个设备地址并重复上诉过程，直至所有的设备完成检测。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种变电站三维红外测温监测系统，包括局方设备数据中心，站方设备数据中心，红外热像仪、高精度云台以及可见光摄像机，其特征在于：所述局方设备数据中心通过网络与站方设备数据中心相连，站方设备数据中心通过网线接口经交换机与红外热像仪相接，站方设备数据中心通过通讯接口与高精度云台相连接，站方设备数据中心通过同轴电缆与可见光摄像机连接。

2.如权利要求1所述的变电站三维红外测温监测系统，其特征在于：所述高精度云台包括水平电机，垂直电机，主板，电源板，电机驱动板以及拨码板，所述主板通过所述电机驱动板分别与水平电机和垂直电机相连，所述拨码板与所述主板相接，所述电源板给主板供电，所述主板通过通讯接口与所述站方设备数据中心相连接。

3.如权利要求1所述的变电站三维红外测温监测系统，其特征在于：所述红外热像仪包括光学系统、红外探测器、FPGA处理电路、DSP处理电路、存储电路以及外部通信接口电路，所述红外探测器输入端接收所述光学系统的信号，所述红外探测器输出端通过所述DSP处理电路和所述存储电路与所述外部通信接口电路相连接，所述红外探测器上还连接有所述FPGA处理电路，所述外部通信接口电路经交换机和网线接口与站方设备数据中心相连接。

4.如权利要求1或2所述的变电站三维红外测温监测系统，其特征在于：还包括一个护罩，所述护罩通过所述电机驱动板与所述主板相连接，所述可见光摄像仪和所述红外热像仪封装在所述护罩中。

5.如权利要求1-4任一项所述的变电站三维红外测温监测系统，其监测方法是：所述红外热像仪将变电设备发出的红外辐射转换成带温度信息的红外数据信号，通过网线接口将数据发送至站方设备数据中心；所述主板通过电机驱动板控制水平电机与垂直电机的运动，通过拨码板中拨码开关设置高精度云台的地址码和高精度云台通讯协议和通讯波特率；所述护罩的位置受所述高精度云台控制，用于辅助红外热像仪识别被监测设备的位置；

所述变电站红外测温三维监控方法具体为：

第一步骤：将红外热像仪所得到的红外照片进行预处理：对照片进行分类、重命名规范以及格式转换；

第二步骤：将预处理后的红外照片放入数据队列中进行计算，改进图片质量、进行边缘提取、将二维平面数据转化为三维空间数据；

第三步骤：通过3D建模生成三维变电站虚拟场景，将所述三维空间数据进行实时的三维还原，对每个设备模型做相应体表温度着色渲染，并记录体表温度，当发现部件局部温度过高时发出警报；

第四步骤：将所述三维空间数据的结果生成设备查询、历史查询、记录查询以及报表生成存储在数据库中。

6.如权利要求5所述的变电站三维红外测温监测方法，其特征在于：所述红外热像仪的工作方法是：

(1)站方设备数据中心通过外部通信接口电路为每台红外热像仪分配相应的IP地址，外部通信接口电路通过基于客户机/服务器模式的TCP/IP协议与站方设备数据中心进行通信，传递数据；

(2)当客户端红外热像仪与站方设备数据中心建立网络连接后，变电站主设备的红外辐射经光学系统聚焦到红外探测器的光敏面上，红外探测器里的红外光电转换阵列将光信号转换成电信号；

(3) FPGA处理电路产生红外探测器所需的各种控制和伺服信号，驱动红外探测器将电信号转换成数字图像信号存入数据缓冲区；

(4)DSP处理电路将缓冲区内数据做运算处理生成红外数据信号，存入到存储电路中，再由外部通信接口电路经网络交换机发送至站方设备数据中心。

7.如权利要求5所述的变电站三维红外测温监测方法，其特征在于：所述高精度云台的工作方法是：

(1)通过拨码板中拨码开关设置高精度云台的地址码和高精度云台通讯协议和通讯波特率后，主板接收并比对由站方设备数据中心发送的设备地址，若与自身设备地址码相等，则执行相应命令；若不相等，则不进行操作；

(2)主板接收到控制指令后，若为高精度云台基本指令，则通过电机驱动板控制水平电机与垂直电机运动到指定位置；若为镜头基本指令，则通过电机驱动板控制护罩上的可加光镜头实现可见光摄像头的调焦功能；

(3)站方设备数据中心通过电源板实现对红外热像仪以及可见光摄像机的电源控制；

(4)主板接收下一个设备地址并重复上诉过程，直至所有的设备完成检测。

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